JP6770563B2 - 自転車ホイール - Google Patents

Description

本発明は、自転車ホイールに関し、特に、軽量および構造強度の効果を達成することができる自転車ホイールおよび自転車ホイール製造方法に関する。

一般的に、自転車は、現在最も人気のある余暇活動の１つである。さらに便利で簡単な乗車効果をユーザに提供するため、ほとんどの製造業者は、様々な構造設計、材料組成、または動力伝達方法を通じて自転車の開発と向上に取り組むであろう。たとえば、自転車のフレームまたはリムの場合、製造業者らは、軽量の材料を選択する方を好み、複合材料はその選択肢の１つである。広範な複合材料の中で、繊維強化高分子複合材料が最も広く使用されている。高分子複合材料の基本組成は、繊維と高分子樹脂基材である。繊維は、複合材料の機械的特性を決定する主要因であり、主荷重に耐え、材料の剛性と疲労抵抗および変形特性を向上させるために使用される。ポリカーボネート（ＰＣ）やポリアミド（ＰＡ）などの多数の種類の熱可塑性物質が存在する。さらに、繊維は様々な材料と形状を有する。業界で一般的に使用される繊維材料は、ガラス繊維、炭素繊維、およびケブラー繊維である。繊維の形状は、紡糸繊維、連続繊維、織繊維、および短繊維を含む。また、構造に適用する際、材料の強度要件が高いため、連続繊維が強化繊維の一番の選択肢である。

さらに、リムは、自転車全体がエネルギーを速度に変換するために重要な媒体であり、リムの品質は、乗車速度、ペダル踏込み力、および風の遮断に影響を及ぼす。軽量に加えて、慣性、滑らかさ、剛性、および低風圧抵抗も重要な考慮事項である。したがって、自転車リムの品質を向上させるため、既存の業界では、軽量と機械強度とのバランスのとり方が大いに求められている。

これらの欠点を克服するため、本発明は、上記の課題を緩和または回避する自転車ホイールおよびそのアダプタを提供する。

本発明の主な目的は、軽量および構造強度の効果を達成することができる自転車ホイールおよび自転車ホイール製造方法を提供することである。

本発明に係る自転車ホイールはホイールフレームを有する。ホイールフレームは中空の環状フレームであり、複数の均等なサイズのホイールバーから成る。ホイールバーはそれぞれ、相互に接続されてホイールバーを形成する２つの半分を有し、２つの半分はそれぞれ熱可塑性プリプレグの積層、加熱、および形成を通じて作製される。均等なサイズのホイールバーが相互に接続されて、自転車ホイールを形成する。

本発明のその他の目的、利点、および新規な特徴は、添付図面と併せて以下の詳細な説明から自明になるであろう。

本発明に係る自転車ホイールの第１の実施形態を示す透視側面図である。 ２つの均等部分に分解される、図１の自転車ホイールのホイールフレームを示す動作透視側面図である。 ４つの均等部分に分解される、図１の自転車ホイールのホイールフレームを示す動作透視側面図である。 ６つの均等部分に分解される、図１の自転車ホイールのホイールフレームを示す動作透視側面図である。 ２つの均等部分に分解される、図１のホイールフレームのホイールバーを示す動作断側面図である。 ２つの均等部分に分解される、図１のホイールフレームのホイールバーを示す別の動作断側面図である。 本発明の自転車ホイールの第２の実施形態を示す透視側面図である。 ２つの均等部分に分解される、図７の自転車ホイールのリブを示す動作透視図である。 ２つの均等部分に分解される、図７の自転車ホイールのリブを示す別の動作透視図である。 本発明の自転車ホイール製造方法のブロックフローチャートである。 複数の熱可塑性プリプレグを相互に積層する動作透視図である。 本発明の自転車ホイールを形成する動作透視図である。 本発明の自転車ホイールを形成する別の動作透視図である。 本発明の自転車ホイールの部分を接続する動作透視図である。

図１および図７は、本発明に係る自転車ホイール１０の第１の実施形態と第２の実施形態をそれぞれ示す。自転車ホイール１０の第１の実施形態では、自転車ホイール１０はホイールフレーム２０を有し、自転車ホイール１０の第２の実施形態では、自転車ホイール１０はホイールフレーム２０と複数のリブ３０を有する。

ホイールフレーム２０は中空の環状フレームであり、複数のホイールバー２１から成る。図２、図３、および図４を参照すると、ホイールフレーム２０はホイールバー２１の２つの均等部分、ホイールバー２１の４つの均等部分、またはホイールバー２１の６つの均等部分から成り、ホイールバー２１はすべて均等なサイズである。さらに、ホイールフレーム２０は、ホイールバー２１の３つの均等部分、またはホイールバー２１の５つの均等部分などから構成することもできる。また、ホイールフレーム２０は、２〜１０個の均等なサイズのホイールバー２１から成る。ホイールバー２１はそれぞれ２つの半分を有する。

図５を参照すると、各ホイールバー２１は上半分２１１と下半分２１２を有する。上半分２１１は、ホイールフレーム２０の外側フレーム部とすることができる。下半分２１２は上半分２１１に接続されてホイールバー２１を形成し、ホイールフレーム２０の内側フレーム部であってもよい。図６を参照すると、各ホイールバー２１は左半分２１３と右半分２１４を有する。右半分２１４は上半分２１１に接続されてホイールバー２１を形成する。ホイールバー２１の各半分２１１、２１２、２１３、２１４は熱可塑性プリプレグ４０の積層、加熱、および形成を通じて作製され、２つの対応する半分２１１、２１２、２１３、２１４が組み合わされてホイールバー２１を形成する。複数のホイールバー２１は相互に接続されて、ホイールフレーム２０を形成する。また、各ホイールバー２１または複数のホイールバー２１の２つの対応する半分２１１、２１２、２１３、２１４が、各ホイールバー２１または複数のホイールバー２１の２つの対応する半分２１１、２１２、２１３、２１４間の材料自体の接着力または添加物の組み合わせによって相互に接続される。次に、ホイールフレーム２０が、半分２１１、２１２、２１３、２１４とホイールバー２１によって形成される。

図７を参照すると、本発明に係る自転車ホイールの第２の実施形態では、リブ３０がホイールフレーム２０から放射方向に相互に間隔をおいて配置され、リブ３０はそれぞれ内端と外端を有する。リブ３０の内端は相互に接続される。リブ３０の外端はホイールフレーム２０の内側に接続される。次に、自転車ホイール１０はホイールフレーム２０と複数のリブ３０によって形成される。図８を参照すると、各リブ３０は上半分３１と下半分３２を有する。下半分３２は上半分３１に接続されてリブ３０を形成する。さらに、図９を参照すると、各リブ３０は左半分３３と右半分３４を有することができる。右半分３４は左半分３３に接続されてリブ３０を形成する。

リブ３０の各半分３１、３２、３３、３４は熱可塑性プリプレグ４０の積層、加熱、および形成を通じて作製され、２つの対応する半分３１、３２、３３、３４は組み合わされてリブ３０を形成する。複数のリブ３０は相互に接続され、ホイールフレーム２０に接続されて自転車ホイール１０を形成する。また、図１４を参照すると、各リブ３０または複数のリブ３０の２つの対応する半分２１３、２１４、３３、３４とホイールフレーム２０は、材料自体の接着力または添加物の組み合わせによって相互に接続される。

図１０を参照すると、本発明に係る自転車ホイール１０の製造方法は、準備ステップ、モジュール積層ステップ、形成ステップ、および後続加工ステップを有する。

図１０〜図１３を参照すると、準備ステップは、熱可塑性プリプレグ４０、複数のモジュール式金型７０、切断装置、加熱装置、成形装置、および少なくとも１つの加工機械を準備することを含む。熱可塑性プリプレグ４０は、連続繊維に樹脂、繊維織布、または短繊維を含浸させることによって形成される。また、連続繊維、繊維織布、および短繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、または強化繊維とすることができる。図２〜図６、図８、および図９を参照すると、自転車ホイール１０は、各部分の形状とサイズに応じて、いくつかの部分（ホイールフレーム２０およびリブ３０）に分解される。モジュール式金型７０は、自転車ホイール１０の各部分に対応する外側寸法および構造を有する。熱可塑性プリプレグ４０の形成後、熱可塑性プリプレグ４０は、ホイールフレーム２０とリブ３０の各部分の外側寸法に応じて、切断機によって予め切断される。熱可塑性プリプレグ４０を予め切断した後、複数の熱可塑性プリプレグ４０が積層され、加熱装置によって加熱されて、熱可塑性複合材料５０を形成する。少なくとも１つの加工機械が、形成ステップ後に後続加工ステップで使用される。

図２、図８、および図９を参照すると、モジュール積層ステップは、自転車ホイール１０をホイールフレーム２０とリブ３０の２つの部分に分解することと、ホイールフレーム２０とリブ３０の各部分を複数の半分２１１、２１２、２１３、２１４、３１、３２、３３、３４に分解することを含む。図１１を参照すると、各種部分の機械的特性、寸法、および厚さ要件と、モジュール式金型７０の設計に応じて、熱可塑性プリプレグ４０の積層の数と、熱可塑性プリプレグ４０の各層の繊維角度の配向が決定され、繊維角度は−１８０〜１８０度である。熱可塑性プリプレグ４０は、切断装置によって予め切断され、加熱装置に配置される。加熱装置の加熱温度は、熱可塑性プリプレグ４０のガラス転移温度（Ｔｇ、１５０〜１９０℃）よりも高くなければならず、２５０℃〜３００℃である。熱可塑性プリプレグ４０の各層の樹脂の粘度特性により、積層されたプリプレグ４０を予め接合して、熱可塑性複合材料５０を形成することができる。

形成ステップは、１８０〜３００℃の温度、１〜１５Ｍｐａの圧力、５〜１５分の時間、およびその他のパラメータ条件下で、モジュール式金型７０または成形装置を用いて自転車ホイール１０の部分を形成することを含む。自転車ホイール１０の各部分を形成した後、それらの部分は、熱可塑性複合材料５０または添加物の接着力によって相互に接続されて、自転車ホイール１０の全体構造を完成させる。図１２を参照すると、熱可塑性複合材料５０は圧延機６０によって加工され、圧延機６０は回転ローラ６１、熱源６２、および少なくとも１つの加圧ローラ６３を有する。次に、熱可塑性複合材料５０は加熱加圧され、圧延され、引抜成形などで加工される。

また、図１３を参照すると、熱可塑性複合材料５０がモジュール式金型７０内に置かれ、モジュール式金型７０は下側金型７１と上側金型７２を有する。金型７１、７２はそれぞれ間隙７１１、７１２を有する。熱可塑性複合材料５０は金型７１、７２の２つの間隙７１１、７１２間に置かれて、上記の温度、圧力、および時間で形成される。高温が、層間樹脂の拡散と接着を可能にする粘度特性を用いて樹脂を流動させることを目的とする一方、圧力は層間に繊維を密に配列させることができる。温度がＴｇ未満に低下すると、金型７０が取り出され、完成品が得られる。

後続加工ステップは、打抜き加工やＣＮＣなどの少なくとも１つの加工機械によって完成品を後続加工することを含む。さらに、形成ステップの完成品がモジュール式金型７０によって形成される場合、完成品を成形した後、未完成領域の材料を切断および分離して、自転車ホイール１０の完成品を得ることができる。

上記の特徴および構造上の関係によると、本発明の自転車ホイール１０は主に、積層設計の熱可塑性複合材料５０、時間、温度、圧力、およびその他のパラメータ条件を利用し、自転車ホイール１０をモジュール概念によって分解した後、モジュール式金型７０の設計に関連付けて、機械的特性、サイズ、厚さ要件に基づき各部分を加工することができる。次に、熱可塑性プリプレグ４０の切断サイズ、積層された熱可塑性プリプレグ４０の数、および各層内の繊維の配向を決定して、自転車ホイール１０の所望の剛性を達成し、自転車ホイール１０の総重量を低減することができる。さらに、加熱加圧、圧延、引抜成形、真空加熱、または金型形成などの様々な形成方法によって、自転車ホイール１０が製造される。ポリマーに接着可能な材料（糊など）を接合または添加することによって、樹脂内のポリマーを相互に接着して、優れた接着強度を提供することができる。次に、本発明の方法によって作製される自転車ホイール１０は、軽量および構造強度の効果を実現することができ、自転車ホイール１０の実用性を高め、自転車ホイール１０の品質を大幅に向上させることができる。

発明の構造および特徴の詳細と共に本発明の多数の特徴および利点を上記の説明に記載したが、開示は単に例示である。発明の原理の範囲内で、特に部分の形状、サイズ、および配置に関して細部に変更を加えることができ、発明の最大範囲は、添付の請求項に記載される文言の大まかな一般的意味によって示される。

Claims (7)

1. 自転車ホイールであって、
   中空の環状フレームであるホイールフレームを備え、
   該ホイールフレームが、複数の均等なサイズのホイールバーを有し、
   前記均等なサイズのホイールバーはそれぞれ、相互に接続されて前記ホイールバーを形成する２つの半分を有し、
   前記２つの半分はそれぞれ熱可塑性プリプレグの積層、加熱、および形成を通じて作製され、
   前記均等なサイズのホイールバーが相互に接続されて、前記自転車ホイールを形成する、自動車ホイール。
2. 前記自転車ホイールが、前記ホイールフレームから離れて放射方向に相互に間隔をおいて配置される複数のリブを有し、
   前記リブはそれぞれ相互に接続される内端と、前記ホイールフレームの内側に接続される外端と、を有し、
   各リブが、相互に接続されて前記リブを形成する２つの半分を有し、
   前記２つの半分はそれぞれ、熱可塑性プリプレグの積層、加熱、および形成を通じて作製され、
   前記複数のリブが前記ホイールフレームに接続されて前記自転車ホイールを形成する、請求項１に記載の自転車ホイール。
3. 前記ホイールフレームが２〜１０個の前記均等なサイズのホイールバーを有する、請求項１または２に記載の自転車ホイール。
4. 各ホイールバーまたは前記複数のホイールバーの前記２つの半分が、前記材料自体の接着力によって相互に接続されて前記ホイールフレームを形成する、請求項３に記載の自転車ホイール。
5. 各ホイールバーまたは前記複数のホイールバーの前記２つの半分が、添加物の組み合わせによって相互に接続されて前記ホイールフレームを形成する、請求項３に記載の自転車ホイール。
6. 各ホイールバーまたは前記複数のホイールバーの前記２つの半分が、前記材料自体の接着力によって相互に接続されて前記ホイールフレームを形成する、請求項１または２に記載の自転車ホイール。
7. 各ホイールバーまたは前記複数のホイールバーの前記２つの半分が、添加物の組み合わせによって相互に接続されて前記ホイールフレームを形成する、請求項１または２に記載の自転車ホイール。
   

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